SENSORE OTTICO DI PH BASATO SULLA TECNICA SOL-GEL

The study aims to measure the fluorescence of an optical pH sensor based on the sol-gel film immobilized with the pH indicator dye. The sensing properties of an optical pH sensor based on fluorescence are studied through several experiments. The best pH indicator dye is HPTS, so for this reason, it is synthesized with CTAB to obtain the HPTS-IP ion pair. The APTMS/PTEOS hybrid solution is prepared to fabricate the sol-gel matrix, and the synthesized HPTS-IP indicator is immobilized in the sol-gel matrix. The HPTS-IP is diluted with DI water and with EtOH, obtaining two solutions which are mixed with the APTMS/PTEOS hybrid solution, from which two sol solutions are obtained: APTMS/PTEOS/HPTS-IP/DI water and APTMS/PTEOS /HPTS-IP/EtOH. These solutions were employed to fabricate pH optical sensor films using two specific deposition techniques, spin-coating and drop-coating. Phosphate buffer solutions are prepared at different pH concentrations, such as pH 3, pH 5, pH 7 and pH 9, which are applied before the measurements to the films of each sample fabricated. The principal instruments used for experiments setup are a blue LED, a bandpass filter, a high pass cut-on filter, an optical fibre and a spectrograph. The experimental setup is changed three times, following the insertion and subsequent removal of a few instruments, to achieve the best performance. The non-polarized light of the blue LED is polarized by using a polarizing filter and Brewster’s angle, respectively, in two different setups. This study concludes with the observation of the best results obtained considering the third experimental setup, thanks to which the fluorescence intensity of the fabricated samples is observed, the sensitivity is calculated after performing a linear fitting, and finally, the reproducibility is verified.

L’obiettivo dello studio è misurare la fluorescenza di un sensore ottico di pH basato sul film di sol-gel immobilizzato con il colorante indicatore di pH. Si studiano le proprietà di sensing di un sensore ottico di pH basato sulla fluorescenza, attraverso diversi esperimenti. Il colorante indicatore di pH per eccellenza è l’HPTS, il quale viene sintetizzato con il CTAB per ottenere la coppia ionica HPTS-IP. Si prepara la soluzione ibrida APTMS/PTEOS per la fabbricazione della matrice sol-gel e l’indicatore HPTS-IP sintetizzato viene immobilizzato nella matrice sol-gel. Si diluisce l’HPTS-IP con DI water e con EtOH, ricavando due soluzioni che vengono mescolate con la soluzione ibrida APTMS/PTEOS, dalle quali si ricavano due soluzioni sol: APTMS/PTEOS/HPTS-IP/DI water e APTMS/PTEOS/HPTS-IP/EtOH. Tali soluzioni vengono utilizzate per fabbricare i film del sensore ottico di pH per mezzo di due specifiche tecniche di deposizione, come la tecnica spin-coating e la tecnica drop-coating. Si preparano soluzioni tampone fosfato a diverse concentrazioni di pH, le quali vengono applicate sui film di ciascun campione fabbricato prima dell’esecuzione della misura. Il setup sperimentale composto da un blu LED, un filtro passa banda, un filtro passa alto cut-on, una fibra ottica e uno spettrografo viene modificato tre volte, a seguito dell’inserimento e della successiva rimozione di alcuni strumenti, con l’obietto di raggiungere le migliori prestazioni. Si effettua la polarizzazione della luce non polarizzata del blu LED grazie all’utilizzo di un filtro polarizzatore e all’angolo di Brewster, rispettivamente in due setup differenti. Questo studio si conclude con l’osservazione dei migliori risultati ottenuti considerando il terzo setup sperimentale, grazie al quale si osserva l’intensità di fluorescenza dei campioni fabbricati, si calcola la sensitivity dopo aver effetturato un fitting lineare, ed infine si verifica la ripetibilità.